基于條形碼識(shí)別技術(shù)的車(chē)輪模具管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

王福偉

(太原重工軌道交通設(shè)備有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

隨著高鐵出海和“一帶一路”戰(zhàn)略的推進(jìn)，泛亞、歐亞和中亞高鐵線將是中國(guó)高鐵全產(chǎn)業(yè)鏈輸出的重點(diǎn),未來(lái)中國(guó)鐵路發(fā)展前景非常廣闊。太原重工軌道交通設(shè)備有限公司作為國(guó)內(nèi)唯一集軌道交通車(chē)輪、車(chē)軸、齒輪箱及輪軸組成系統(tǒng)于一體的研發(fā)制造企業(yè),近30年來(lái)累計(jì)產(chǎn)品輸出400多萬(wàn)件，覆蓋機(jī)、客、貨、動(dòng)、城軌、工礦等領(lǐng)域，出口到五大洲50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

為適應(yīng)國(guó)內(nèi)外鐵路建設(shè)發(fā)展和高速、重載以及城市軌道交通建設(shè)對(duì)各種高品質(zhì)車(chē)輪的需要，公司加大了車(chē)輪品種的研制,不同車(chē)輪的研發(fā)導(dǎo)致車(chē)輪熱鍛模具的品種和數(shù)量也急劇增加。但是我公司的車(chē)輪熱鍛模具的管理仍處于人工手工管理的水平，經(jīng)常出現(xiàn)由于車(chē)輪熱鍛模具備件到貨不及時(shí)導(dǎo)致的車(chē)輪鍛軋生產(chǎn)線停工、交貨期拖延。同時(shí)由于車(chē)輪的熱鍛模具都是由多個(gè)零件裝配而成，實(shí)際使用中經(jīng)常出現(xiàn)混裝或錯(cuò)裝現(xiàn)象，直接導(dǎo)致車(chē)輪鍛件的小批量性報(bào)廢，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

為了保障整條車(chē)輪鍛軋生產(chǎn)過(guò)程的高效、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，利用條形碼識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)業(yè)化的模具管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輪模具管理信息的暢通，科學(xué)合理地制定生產(chǎn)計(jì)劃，滿(mǎn)足了公司當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求。

1 車(chē)輪模具管理現(xiàn)狀

車(chē)輪作為鐵路列車(chē)的關(guān)鍵零部件，其熱鍛造成形工藝為鐓粗→預(yù)成形→軋制→壓彎成形。每個(gè)工序的熱鍛模具都是由多個(gè)零件裝配而成(見(jiàn)表1)，如出現(xiàn)錯(cuò)裝或混裝會(huì)直接導(dǎo)致車(chē)輪鍛件的報(bào)廢，降低產(chǎn)品的合格率，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)分析研究錯(cuò)裝或混裝事例，得到了造成車(chē)輪模具在裝配過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)裝或混裝的主要原因，具體如下：

(1) 零件數(shù)量多模具庫(kù)龐大。因車(chē)輪產(chǎn)品開(kāi)發(fā)覆蓋鐵路、城軌、工礦等多個(gè)領(lǐng)域，涉及世界各車(chē)輪制造標(biāo)準(zhǔn)及尺寸規(guī)格，且車(chē)輪輻板形狀與各部位尺寸大為不同，導(dǎo)致每種型號(hào)的車(chē)輪都需設(shè)計(jì)出一整套模具，如果訂貨數(shù)量較多，同種模具需備多套，以滿(mǎn)足模具的正常消耗。

隨著公司的迅速發(fā)展和新開(kāi)發(fā)車(chē)輪型號(hào)的增多，模具數(shù)量激劇增長(zhǎng)，多年累積的新舊產(chǎn)品模具大量并存，形成極為龐大的模具庫(kù)，迫切需要行之有效的模具管理模式。

(2) 模具裝配容易錯(cuò)裝。車(chē)輪鍛軋工序?yàn)檐?chē)輪專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線，不同制造標(biāo)準(zhǔn)及尺寸規(guī)格的車(chē)輪在本工序所使用模具除成形部分尺寸不同外,其外觀基本相同，這樣，不同產(chǎn)品的模具外觀不易區(qū)別，尤其同規(guī)格的同名模具極易混淆，在模具管理和裝配使用方面均可能發(fā)生差錯(cuò)，造成嚴(yán)重的批量質(zhì)量問(wèn)題。

(3) 多次修模不易區(qū)分。為了充分利用模具，模具設(shè)計(jì)時(shí)給出了每個(gè)零件的修模次數(shù)和相應(yīng)的修模量，并明確了修模后的裝配要求。通常每個(gè)模具零件可修3次以上，每次修模量?jī)H為3 mm～5 mm。返修過(guò)的模具在裝配時(shí)應(yīng)選擇修模次數(shù)相同的零件進(jìn)行組裝，因每次修模量小，外觀不易區(qū)別，極易造成混裝。

(4) 標(biāo)識(shí)不清。為了區(qū)別模具零件的不同，雖然工藝要求在每個(gè)模具零件的指定位置進(jìn)行符號(hào)標(biāo)識(shí)，以便于識(shí)別和區(qū)分，標(biāo)識(shí)內(nèi)容由人工用白色油漆書(shū)寫(xiě)而成。但因操作人員的書(shū)寫(xiě)不規(guī)范或在運(yùn)輸及裝配中油漆磕碰、使用后標(biāo)識(shí)維護(hù)不及時(shí)等造成標(biāo)識(shí)模糊或脫落，導(dǎo)致操作人員對(duì)標(biāo)識(shí)辨別不清，極易錯(cuò)裝或混裝。

(5) 在制數(shù)量及質(zhì)量狀況不清晰。模具出入庫(kù)采用紙制單據(jù)進(jìn)行傳遞，庫(kù)存數(shù)量更新不及時(shí)，僅庫(kù)管員清楚，數(shù)據(jù)信息得不到共享，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃難度大。模具的質(zhì)量狀態(tài)在紙制單據(jù)中有記錄，而實(shí)體上無(wú)明顯標(biāo)識(shí)，極易造成不合格的模具零件投入正常生產(chǎn)。

(6) 生命周期內(nèi)追溯性差。模具制造的整個(gè)流程全采用紙制記錄進(jìn)行跟蹤和交接，如因模具質(zhì)量影響產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，分析和追溯其制造和修理過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、工作量大。

(7) 庫(kù)管員人數(shù)不斷增加。隨著模具數(shù)量的增漲，模具庫(kù)存的面積不斷加大，模具的移庫(kù)、出庫(kù)、入庫(kù)等工作量隨之增大，現(xiàn)有庫(kù)管員人數(shù)也需增加。

針對(duì)車(chē)輪熱鍛模具管理中出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)有的ERP和MES系統(tǒng)，需開(kāi)發(fā)出專(zhuān)業(yè)化的車(chē)輪熱鍛模具管理軟件，以提升模具的管理水平。

表1 車(chē)輪模具目錄

2 車(chē)輪模具管理系統(tǒng)的功能需求

依據(jù)車(chē)輪熱模具的實(shí)際業(yè)務(wù)狀況，提出了本模具管理系統(tǒng)的功能需求。

2.1 原材料入庫(kù)

車(chē)輪模具所用原材料全部是采購(gòu)鋼廠合格的鋼錠。其原材料入庫(kù)前，首先需在系統(tǒng)中記錄每爐的原熔煉爐號(hào)、廠商名稱(chēng)、材質(zhì)、鋼錠類(lèi)型、重量、支數(shù)、入廠時(shí)間、原熔煉化學(xué)成分以及每支鋼錠的重量、直徑、長(zhǎng)度、盤(pán)號(hào)等相應(yīng)的資料；其次進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，合格后方可入庫(kù)，其模塊需實(shí)現(xiàn)復(fù)檢的電子檢驗(yàn)流程，并記錄復(fù)檢時(shí)的委托單號(hào)、取樣人、爐號(hào)、技術(shù)要求的化學(xué)成分、建單時(shí)間、類(lèi)型(初檢、復(fù)檢)等功能。

2.2 外委管理

依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的要求，MES系統(tǒng)會(huì)下發(fā)模具外委計(jì)劃到本系統(tǒng)，系統(tǒng)需滿(mǎn)足模具計(jì)劃的接收、分解、提料、外委加工、回廠檢驗(yàn)和入模具庫(kù)的功能。

2.3 模具庫(kù)的管理

通過(guò)庫(kù)管理人員準(zhǔn)確實(shí)時(shí)維護(hù)模具庫(kù)存數(shù)量，控制存儲(chǔ)模具的數(shù)量，保證正常生產(chǎn)穩(wěn)定的模具供應(yīng)支持，同時(shí)又能最小限度地占?jí)撼杀荆豢蓾M(mǎn)足相關(guān)部門(mén)的需求，能從多層次查看庫(kù)存狀況；可提供不同的盤(pán)庫(kù)方法，依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃決定何時(shí)定貨采購(gòu)、何時(shí)收貨，同時(shí)滿(mǎn)足質(zhì)量檢驗(yàn)入庫(kù)、收發(fā)料的日常業(yè)務(wù)處理工作的要求。

2.4 使用管理

依據(jù)系統(tǒng)的出庫(kù)計(jì)劃，按產(chǎn)品模具組裝明細(xì)的要求，依序出庫(kù)每個(gè)模具零件，并實(shí)現(xiàn)組裝模具零件的明細(xì)管理等。組裝過(guò)程可依據(jù)裝配要求，自動(dòng)判定所裝配的零件是否達(dá)到設(shè)計(jì)工藝的要求，不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提示和提醒操作人員，以便及時(shí)修正。

整套模具組裝完成后與MES系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，需收集此套模具的服役件數(shù)、工作時(shí)長(zhǎng)、下線后的質(zhì)量狀態(tài)等信息。

2.5 返修管理

根據(jù)模具下線檢查的質(zhì)量狀態(tài)，確定需要返修處理的模具零件，按工藝要求，提示修模人員針對(duì)本零件的修模量、使用的NC程序等，同時(shí)滿(mǎn)足返修后零件的質(zhì)量檢驗(yàn)電子流程和零件的入庫(kù)、返修的日常業(yè)務(wù)處理工作等。

2.6 報(bào)廢管理

模具零件下線和返修后，必須由檢驗(yàn)人員逐件檢查后方可入庫(kù)。如零件檢查符合報(bào)廢條件，需經(jīng)電子報(bào)廢流程結(jié)束后，方可放入模具廢品庫(kù)待后期處理。系統(tǒng)需記錄其報(bào)廢原因等，并實(shí)現(xiàn)報(bào)廢流程的管理。

3 模具管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)車(chē)輪模具管理中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)，我們認(rèn)為需給每個(gè)模具零件編定唯一身份證號(hào)，制定相應(yīng)的編號(hào)規(guī)則，并在每個(gè)零件的特定部位進(jìn)行標(biāo)識(shí)。結(jié)合模具信息管理系統(tǒng)的實(shí)施，可以解決模具組裝過(guò)程中易出現(xiàn)的錯(cuò)裝和混裝現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)考察論證，提出利用條形碼識(shí)別技術(shù)輸入速度快、可靠性高、靈活實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于條形碼識(shí)別技術(shù)的車(chē)輪模具管理系統(tǒng)。

3.1 車(chē)輪模具管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本管理系統(tǒng)主要在原材料庫(kù)、模具庫(kù)及模具返修區(qū)部署條形碼掃描設(shè)備及打印機(jī)(見(jiàn)圖1)，將日常手工記錄替換為掃描條形碼來(lái)記錄模具的出入庫(kù)等信息，可大大提高工作效率。系統(tǒng)采用VS2013+Oralce進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)主要功能的模塊有基礎(chǔ)信息管理、外委管理、組裝管理和庫(kù)存管理四大模塊。

圖1 車(chē)輪模具管理系統(tǒng)硬件部署

3.2 基礎(chǔ)信息管理模塊

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求,每個(gè)新造模具零件入庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成唯一的身份碼與其一一對(duì)應(yīng)，并打印出其條形碼標(biāo)簽粘貼在指定部位，同時(shí)在系統(tǒng)中登記其詳細(xì)信息,以及按車(chē)輪產(chǎn)品型號(hào)記錄其模具零件的組裝目錄等信息。模具基礎(chǔ)信息見(jiàn)圖2。

3.3 外委管理模塊

為了提高公司的運(yùn)行質(zhì)量，研究決定模具采用外委專(zhuān)業(yè)廠商進(jìn)行制造加工。因模具材料優(yōu)劣是影響模具壽命的主要因素之一，因此，模具原材料采購(gòu)由我公司負(fù)責(zé)，外委廠商負(fù)責(zé)模具鍛造、熱處理、機(jī)加工等工序。模具外委管理流程如圖3所示，使用流程如圖4所示。

3.4 組裝管理模塊

為了防止模具組裝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)裝或混裝，管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提出報(bào)錯(cuò)提示功能。當(dāng)操作人員進(jìn)行組裝操作時(shí)，首先使用手持終端PDA進(jìn)行系統(tǒng)登錄，系統(tǒng)經(jīng)身份識(shí)別通過(guò)后方可選擇組裝模具的產(chǎn)品型號(hào)，確定型號(hào)后開(kāi)始按組裝順序逐一掃描模具零件上的條形碼標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，待掃描零件的信息與系統(tǒng)中限定的原則相符時(shí)，系統(tǒng)彈出窗口提示組裝正確，不符時(shí)，系統(tǒng)彈出窗口提示錯(cuò)誤信息，以便操作人員更正。

圖2 模具基礎(chǔ)信息

圖3 模具外委管理流程

圖4 車(chē)輪模具使用流程

通過(guò)模具管理系統(tǒng)和條形碼識(shí)別技術(shù)的實(shí)施，結(jié)合智能模具庫(kù)的配套，車(chē)輪模具管理中的錯(cuò)裝、混裝得到了有效控制。模具組裝管理如圖5所示。

3.5 庫(kù)存管理模塊

為確保車(chē)輪流水線正常生產(chǎn)運(yùn)行，最重要的環(huán)節(jié)是模具零件和設(shè)備備件的庫(kù)存量。為了保證各類(lèi)模具零件的最低庫(kù)存量，系統(tǒng)增設(shè)庫(kù)存量限制要求，待庫(kù)存量接近臨界值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提醒庫(kù)管理人員及時(shí)進(jìn)料，以保證生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)針對(duì)不同的模具零件，增設(shè)了最大服役量，方便系統(tǒng)精確控制庫(kù)存量。模具庫(kù)管理如圖6所示。

圖5 模具組裝管理

圖6 模具庫(kù)管理

4 運(yùn)用效果

通過(guò)模具管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施，結(jié)合條形碼識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用,車(chē)輪模具管理現(xiàn)狀得到了有效的改善。不但解決了人工誤讀信息、形狀識(shí)別錯(cuò)誤的難題，而且提高了錄入速度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而確保了車(chē)輪流水線生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)輪模具采用條形碼識(shí)別技術(shù)進(jìn)行管理，不但解決了模具組裝中錯(cuò)裝、混裝的問(wèn)題，而且提升了工作效率，降低了產(chǎn)品廢品率，提高了企業(yè)效益，為企業(yè)兩化融合和智能制造的全面實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)提升了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。